一、陀螺儀是啥意思

陀螺儀很多朋友可能感覺陌生，但其實大家的手機里就有陀螺儀，主要(yao)作為傳感器使(shi)用，那(nei)么(me)陀螺儀是什么(me)意思呢？

陀螺儀又叫角速(su)度(du)傳(chuan)(chuan)感器，是(shi)不同于(yu)加速(su)度(du)計的(de)(de)(de)，它(ta)的(de)(de)(de)測量物理(li)量是(shi)偏轉、傾斜時的(de)(de)(de)轉動角速(su)度(du)。陀螺儀是(shi)一種用來傳(chuan)(chuan)感與維(wei)持(chi)方向(xiang)的(de)(de)(de)裝置，基于(yu)角動量守恒的(de)(de)(de)理(li)論設計出來的(de)(de)(de)，主要是(shi)由一個位于(yu)軸(zhou)心且可旋轉的(de)(de)(de)轉子構成。

陀(tuo)螺儀(yi)在發(fa)明之初是機械式的(de)(de)體(ti)積比較大，里面真(zhen)有高速旋轉的(de)(de)陀(tuo)螺，隨(sui)著技術的(de)(de)發(fa)展，現在的(de)(de)陀(tuo)螺儀(yi)已經變(bian)成一塊小小的(de)(de)芯片(pian)了，能檢測和感應3D空間的(de)(de)線性和動作，從而(er)能夠辨認(ren)方(fang)向(xiang)，確(que)定姿態，計算角速度。

二、陀螺儀有哪幾種類型

陀螺(luo)(luo)儀(yi)的(de)種(zhong)(zhong)類眾多，不同(tong)種(zhong)(zhong)類應用有所(suo)不同(tong)，利用陀螺(luo)(luo)儀(yi)的(de)動力學特性制成的(de)各種(zhong)(zhong)儀(yi)表或裝(zhuang)置，主要有以下幾種(zhong)(zhong)：

1、陀螺方向儀

能(neng)給(gei)出(chu)(chu)飛(fei)行物體轉彎(wan)角度和航(hang)向(xiang)指示(shi)的(de)陀螺裝置。它(ta)是(shi)三自由(you)(you)度均衡陀螺儀，其(qi)底(di)座固連(lian)在飛(fei)機(ji)上，轉子軸(zhou)提供慣性空間的(de)給(gei)定方向(xiang)。若開始(shi)時(shi)轉子軸(zhou)水平放置并指向(xiang)儀表的(de)零方位(wei)，則當飛(fei)機(ji)繞(rao)鉛直軸(zhou)轉彎(wan)時(shi)，儀表就相對轉子軸(zhou)轉動，從(cong)而(er)能(neng)給(gei)出(chu)(chu)轉彎(wan)的(de)角度和航(hang)向(xiang)的(de)指示(shi)。由(you)(you)于摩擦及其(qi)他(ta)干擾，轉子軸(zhou)會逐漸偏離原始(shi)方向(xiang)，因(yin)此每隔一(yi)段時(shi)間（如15分鐘）須對照精密(mi)羅盤作(zuo)一(yi)次人工(gong)調整。

2、陀螺羅盤

供航(hang)行(xing)和飛行(xing)物體(ti)作方向(xiang)基準用的(de)(de)尋找并跟(gen)蹤地理子(zi)(zi)(zi)(zi)午(wu)面的(de)(de)三(san)自(zi)由度陀(tuo)(tuo)螺(luo)儀。其(qi)外(wai)環軸(zhou)鉛直，轉子(zi)(zi)(zi)(zi)軸(zhou)水平置于(yu)子(zi)(zi)(zi)(zi)午(wu)面內，正端(duan)指北；其(qi)重心(xin)沿鉛垂(chui)軸(zhou)向(xiang)下或向(xiang)上(shang)偏(pian)離支承中心(xin)。轉子(zi)(zi)(zi)(zi)軸(zhou)偏(pian)離子(zi)(zi)(zi)(zi)午(wu)面時(shi)同(tong)時(shi)偏(pian)離水平面而產生重力矩(ju)使陀(tuo)(tuo)螺(luo)旋進(jin)到子(zi)(zi)(zi)(zi)午(wu)面，這種利(li)用重力矩(ju)的(de)(de)陀(tuo)(tuo)螺(luo)羅盤(pan)稱擺(bai)式羅盤(pan)。21世(shi)紀發展為利(li)用自(zi)動控制(zhi)系統(tong)代替重力擺(bai)的(de)(de)電控陀(tuo)(tuo)螺(luo)羅盤(pan)，并制(zhi)造出能同(tong)時(shi)指示水平面和子(zi)(zi)(zi)(zi)午(wu)面的(de)(de)平臺(tai)羅盤(pan)。

3、陀螺垂直儀

利用(yong)(yong)擺式敏(min)感元件對三自(zi)由度(du)陀(tuo)螺(luo)儀(yi)(yi)施加修正力(li)矩以(yi)指(zhi)示地(di)垂(chui)線(xian)(xian)的(de)(de)儀(yi)(yi)表，又(you)稱陀(tuo)螺(luo)水平儀(yi)(yi)。陀(tuo)螺(luo)儀(yi)(yi)的(de)(de)殼體利用(yong)(yong)隨動系統(tong)跟蹤轉(zhuan)子(zi)(zi)軸(zhou)(zhou)位置，當轉(zhuan)子(zi)(zi)軸(zhou)(zhou)偏離地(di)垂(chui)線(xian)(xian)時，固(gu)定在殼體上的(de)(de)擺式敏(min)感元件輸出(chu)信號使力(li)矩器產生(sheng)修正力(li)矩，轉(zhuan)子(zi)(zi)軸(zhou)(zhou)在力(li)矩作用(yong)(yong)下旋進回到地(di)垂(chui)線(xian)(xian)位置。陀(tuo)螺(luo)垂(chui)直(zhi)儀(yi)(yi)是(shi)除陀(tuo)螺(luo)擺以(yi)外應用(yong)(yong)于航空和航海(hai)導航系統(tong)的(de)(de)又(you)一種地(di)垂(chui)線(xian)(xian)指(zhi)示或量測(ce)儀(yi)(yi)表。

4、陀螺穩定器

穩定(ding)(ding)船體的(de)陀(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)螺(luo)裝置。當船體側搖時(shi)，陀(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)螺(luo)力矩迫(po)使框(kuang)(kuang)架(jia)攜帶轉子(zi)一(yi)(yi)起(qi)相(xiang)對(dui)于(yu)船體旋(xuan)(xuan)進。這種搖擺式旋(xuan)(xuan)進引起(qi)另一(yi)(yi)個(ge)陀(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)螺(luo)力矩，對(dui)船體產生穩定(ding)(ding)作(zuo)用。一(yi)(yi)旦船體側傾，小陀(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)螺(luo)沿其鉛直軸旋(xuan)(xuan)進，從而使主(zhu)(zhu)陀(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)螺(luo)儀框(kuang)(kuang)架(jia)軸上(shang)的(de)控制馬達及時(shi)開動，在(zai)該軸上(shang)施加與原陀(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)螺(luo)力矩方向相(xiang)同的(de)主(zhu)(zhu)動力矩，借以加強框(kuang)(kuang)架(jia)的(de)旋(xuan)(xuan)進和(he)由此(ci)旋(xuan)(xuan)進產生的(de)對(dui)船體的(de)穩定(ding)(ding)作(zuo)用。

5、速率陀螺儀

用(yong)以直接測(ce)定運(yun)(yun)(yun)載(zai)器(qi)(qi)角(jiao)(jiao)速(su)率(lv)的(de)(de)二自由度陀(tuo)螺(luo)(luo)裝置。把均衡陀(tuo)螺(luo)(luo)儀(yi)的(de)(de)外(wai)環固定在(zai)運(yun)(yun)(yun)載(zai)器(qi)(qi)上(shang)(shang)并(bing)令(ling)內環軸(zhou)(zhou)垂(chui)直于要測(ce)量(liang)角(jiao)(jiao)速(su)率(lv)的(de)(de)軸(zhou)(zhou)。當運(yun)(yun)(yun)載(zai)器(qi)(qi)連(lian)同外(wai)環以角(jiao)(jiao)速(su)度繞(rao)(rao)測(ce)量(liang)軸(zhou)(zhou)旋(xuan)進時，陀(tuo)螺(luo)(luo)力(li)矩(ju)將迫使內環連(lian)同轉子一起相對(dui)運(yun)(yun)(yun)載(zai)器(qi)(qi)旋(xuan)進。陀(tuo)螺(luo)(luo)儀(yi)中有(you)彈(dan)簧限制(zhi)這個相對(dui)旋(xuan)進，而內環的(de)(de)旋(xuan)進角(jiao)(jiao)正比(bi)于彈(dan)簧的(de)(de)變(bian)(bian)形量(liang)。由平衡時的(de)(de)內環旋(xuan)進角(jiao)(jiao)即可求得陀(tuo)螺(luo)(luo)力(li)矩(ju)和運(yun)(yun)(yun)載(zai)器(qi)(qi)的(de)(de)角(jiao)(jiao)速(su)率(lv)。積分陀(tuo)螺(luo)(luo)儀(yi)與速(su)率(lv)陀(tuo)螺(luo)(luo)儀(yi)的(de)(de)不同處只(zhi)在(zai)于用(yong)線性(xing)阻(zu)尼器(qi)(qi)代(dai)替彈(dan)簧約束(shu)。當運(yun)(yun)(yun)載(zai)器(qi)(qi)作任意變(bian)(bian)速(su)轉動(dong)時，積分陀(tuo)螺(luo)(luo)儀(yi)的(de)(de)輸出量(liang)是繞(rao)(rao)測(ce)量(liang)軸(zhou)(zhou)的(de)(de)轉角(jiao)(jiao)（即角(jiao)(jiao)速(su)度的(de)(de)積分）。以上(shang)(shang)兩(liang)種陀(tuo)螺(luo)(luo)儀(yi)在(zai)遠距離測(ce)量(liang)系(xi)統或(huo)自動(dong)控制(zhi)、慣性(xing)導(dao)航平臺(tai)中使用(yong)較多。

6、陀螺穩定平臺

以(yi)陀螺(luo)(luo)儀為核心元件，使被穩(wen)(wen)定(ding)(ding)對象相(xiang)對慣性空間(jian)的給定(ding)(ding)姿態保持穩(wen)(wen)定(ding)(ding)的裝置。穩(wen)(wen)定(ding)(ding)平(ping)(ping)(ping)臺通常利用(yong)(yong)由(you)外(wai)環(huan)和內環(huan)構成制(zhi)平(ping)(ping)(ping)臺框架軸上的力(li)矩(ju)器(qi)以(yi)產生(sheng)力(li)矩(ju)與干擾(rao)力(li)矩(ju)平(ping)(ping)(ping)衡使陀螺(luo)(luo)儀停(ting)止(zhi)旋進的穩(wen)(wen)定(ding)(ding)平(ping)(ping)(ping)臺稱為動力(li)陀螺(luo)(luo)穩(wen)(wen)定(ding)(ding)器(qi)。陀螺(luo)(luo)穩(wen)(wen)定(ding)(ding)平(ping)(ping)(ping)臺根據(ju)對象能保持穩(wen)(wen)定(ding)(ding)的轉軸數目分(fen)為單(dan)軸、雙軸和三(san)軸陀螺(luo)(luo)穩(wen)(wen)定(ding)(ding)平(ping)(ping)(ping)臺。陀螺(luo)(luo)穩(wen)(wen)定(ding)(ding)平(ping)(ping)(ping)臺可用(yong)(yong)來穩(wen)(wen)定(ding)(ding)那些需(xu)要精(jing)確定(ding)(ding)向(xiang)的儀表(biao)和設備，如(ru)測量儀器(qi)、天(tian)線等，并已廣泛用(yong)(yong)于航(hang)空和航(hang)海的導(dao)航(hang)系統(tong)及火控、雷(lei)達的萬向(xiang)支(zhi)(zhi)架支(zhi)(zhi)承。根據(ju)不(bu)同原理方(fang)案使用(yong)(yong)各種(zhong)類(lei)型(xing)陀螺(luo)(luo)儀為元件。其中利用(yong)(yong)陀螺(luo)(luo)旋進產生(sheng)的陀螺(luo)(luo)力(li)矩(ju)抵抗干擾(rao)力(li)矩(ju)，然后輸出信號(hao)控、照相(xiang)系統(tong)。

7、陀螺儀傳感器

陀(tuo)螺儀傳(chuan)感器是(shi)一個簡單易用的(de)(de)基于(yu)自(zi)由空間移動和手勢(shi)的(de)(de)定位和控制系(xi)統。在(zai)(zai)假象的(de)(de)平面上揮動鼠標(biao)，屏(ping)幕(mu)上的(de)(de)光標(biao)就會(hui)跟著(zhu)移動，并可以(yi)繞著(zhu)鏈接畫圈和點擊(ji)按鍵。當你正在(zai)(zai)演講或離開桌子時，這些操作都能(neng)夠很方(fang)便地實現。陀(tuo)螺儀傳(chuan)感器原本是(shi)運用到直升機模型上的(de)(de)，現在(zai)(zai)已經被廣泛運用于(yu)手機這類(lei)移動便攜設備上。

8、光纖陀螺儀

光(guang)(guang)纖(xian)(xian)陀螺(luo)儀是以(yi)光(guang)(guang)導(dao)纖(xian)(xian)維(wei)線圈為基(ji)礎的(de)敏感(gan)元(yuan)件， 由(you)激(ji)光(guang)(guang)二極管發(fa)射(she)出(chu)(chu)的(de)光(guang)(guang)線朝兩個(ge)方向沿光(guang)(guang)導(dao)纖(xian)(xian)維(wei)傳(chuan)播。光(guang)(guang)傳(chuan)播路(lu)徑(jing)的(de)變化，決定了敏感(gan)元(yuan)件的(de)角位(wei)移。光(guang)(guang)纖(xian)(xian)陀螺(luo)儀與(yu)傳(chuan)統的(de)機械陀螺(luo)儀相(xiang)比，優(you)點是全(quan)固(gu)態，沒有(you)旋轉部件和摩擦部件，壽命長，動態范圍大，瞬(shun)時(shi)啟動，結構簡單，尺(chi)寸小，重量(liang)輕。與(yu)激(ji)光(guang)(guang)陀螺(luo)儀相(xiang)比，光(guang)(guang)纖(xian)(xian)陀螺(luo)儀沒有(you)閉(bi)鎖問題，也不用在石英(ying)塊(kuai)精密加工出(chu)(chu)光(guang)(guang)路(lu)，成本低。

9、激光陀螺儀

激光(guang)(guang)陀螺儀(yi)的(de)原理是利用光(guang)(guang)程差(cha)來測量旋轉角速度(du)。在閉合光(guang)(guang)路中(zhong)，由同一(yi)光(guang)(guang)源(yuan)發出(chu)的(de)沿順時(shi)針(zhen)方(fang)向(xiang)和反時(shi)針(zhen)方(fang)向(xiang)傳輸(shu)的(de)兩(liang)束光(guang)(guang)和光(guang)(guang)干涉，利用檢(jian)測相位差(cha)或干涉條紋(wen)的(de)變化，就可以測出(chu)閉合光(guang)(guang)路旋轉角速度(du)。

10、MEMS陀螺儀

基于MEMS的陀螺(luo)儀價格(ge)相比光纖(xian)或者(zhe)激光陀螺(luo)便宜很多，但使用精度非常低(di)(di)，需(xu)要使用參考傳感器進(jin)行補償，以(yi)提高使用精度。基于MEMS 技(ji)術的陀螺(luo)因其(qi)成本(ben)低(di)(di)，能批量生產，已經能夠廣(guang)泛應用于汽車(che)牽引控(kong)制系統(tong)、醫用設備、軍事設備等低(di)(di)成本(ben)需(xu)求應用中。